3.2. Печи заводов цветной металлургии
3.2.1. Оборудование шахтных печей
Шахтные печи применяют на медеплавильных заводах для плавки кусковых сульфидных руд; на никелевых заводах – для плавки агломерата, брикетов и кусковых окисленных никелевых руд, а также кусковых сульфидных медноникелевых руд; на свинцовых заводах – для плавки агломерата и переплава бедного штейна и шликеров; на оловянных заводах – для плавки шлаков и других оборотных материалов.
В шахтную печь загружают крупнокусковые материалы. Куски агломерата должны иметь размеры 50 – 150, кокса – 50 – 100, шихты – 15 – 100 мм. Жесткие требования к крупности материала обусловлены особенностями шахтной плавки. Большое сопротивление слоя мелкого материала затрудняет движение газа в шихте, что снижает производительность печи.
В качестве топлива в шахтных печах используют кокс, загружаемый в строгой последовательности с порциями шихты. Расход кокса зависит от состава шихты. Для его снижения и интенсификации процесса плавки необходим подогрев дутья и обогащение его кислородом до 28 – 30%.
Рис. 149. Принципиальная схема шахтной печи |
Рис. 150. Шахтная печь для свинцовой плавки |
Шахтные печи имеют в основном одинаковое устройство и принцип действия, и отличаются друг от друга лишь конструктивным исполнением отдельных узлов, что объясняется спецификой технологических процессов. Современные печи имеют прямоугольное сечение, но применяют и круглые печи, диаметр которых составляет 1,5 – 1,6 м. Размер длинной стороны сечения прямоугольных печей зависит от заданной производительности. В печах для плавки свинца этот размер составляет не более 10 м, а для печей на медно-никелевых заводах достигает 26,5 м, что позволяет переплавлять до 2500 т шихты в сутки.
На рис. 149 показана принципиальная схема шахтной печи. Основными ее элементами являются: горн 1, фурмы 2, шахта 4, колошник 7 и газоход 8. Шихту загружают через окна 9, расположенные с двух сторон на колошнике по длинным боковым сторонам печи (в некоторых печах колошник открыт и шихта загружается сверху непосредственно в шахту). Для защиты стенок 5 от повреждения шихтой загрузочные окна оборудованы отбойными плитами 6. Снизу в разогретую шихту вдувают через фурмы 2 воздух, обогащенный кислородом. Воздух к фурмам подается от коллектора 3. В результате сгорания топлива и серы, содержащейся в шихте, в нижней зоне шахты создается температура 1450 – 1500°С. Горячие газы поднимаются вверх и подогревают опускающуюся навстречу им шихту. Температура уходящих в газоход 8 газов составляет 150 – 300°С. Продукты плавки скапливаются в горне В печах для плавки свинца свинец выпускают из горна непрерывно через сифон, расположенный на длинной стороне печи; штейн шлак удаляют через специальный выпускной кессон, расположенный в торце печи ниже фурм. Из кессона по чугунному желобу они поступают в отстойник, где происходит их разделение. В печах для выплавки меди расплав (штейн и шлак) из печи выпускают непрерывно по водоохлаждаемому желобу, и они поступают в передний горн для разделения. Штейн, как более тяжелый, оседает и периодически сливается через шпуровые отверстия, а шлак всплывает наверх и непрерывно сливается в ковш. Шпуровые отверстия забивают глиняными пробками с помощью пневматических пушек.
В печах для плавки никелевой шихты продукты плавки также перетекают из внутреннего горна в отстойный (наружный) горн, где штейн отделяется от шлака. Шлак выпускают из отстойника непрерывно через летку, а штейн – периодически через шпуровое отверстие.
На рис. 150 представлена одна из конструкций шахтных печей для свинцовой плавки. Печь содержит все главные элементы, присущие другим шахтным печам. Она установлена на железобетонном фундаменте и охвачена металлическим каркасом 3, собранным из вертикальных колонн, изготовленных из двутаврового или швеллерного проката. Колонны соединяются горизонтальными ригелями, воспринимающими нагрузку от кессонов.
Шахта печи 7 составлена из водоохлаждаемых 8 стальных кессонов 16, 17, установленных в два ряда. В нижней части кессонов 12 размещены фурмы 9, 18, соединенные посредством труб с коллектором 2 для подвода дутья. У верхней отметки горна размещены выпускные медные водоохлаждаемые кессоны 19. Шлак выпускается через сифон 10.
Горн 11 установлен на подушке высотой до 300 мм, выложенной из красного кирпича на фундаменте печи. Кожух горна сварен из листовой стали толщиной 10 – 15 мм. Изнутри на кожух нанесен слой жаростойкого бетона, поверх которого из огнеупорного кирпича выложена подина в форме обратной арки. Розлив свинца осуществляется через желоб 1.
Колошник 4 составлен из отдельных стальных элементов и кладки 6. Шатер, укрывающий колошник – это стальной футерованный кожух. Усилие от веса колошника и шатра передается на каркас печи. Над шатром расположен газоход 5.
Загрузка печи осуществляется с двух продольных сторон через окна 15, каждое из которых оборудовано двумя шиберами 14, управляемыми лебедками 13 с электромеханическим приводом.